CN102537507A - 一种叶片液压马达控制器阀芯 - Google Patents

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熊小平
王荣军
梁媛
万晓红
石磊
方敏
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Abstract

一种叶片液压马达控制器阀芯，阀芯的外表面上沿径向设置有三角槽（1），三角槽（1）的坡角为45～75o，数量为12～16个。本发明提供的叶片液压马达控制器阀芯，通过对三角槽的尺寸和数量的合理设计，能够最大程度地减小流量脉动和控制流体噪声，同时控制阀芯的加工难度和结构成本。

Description

一种叶片液压马达控制器阀芯
技术领域
本发明涉及一种叶片液压马达控制器阀芯，特别涉及一种低压大排量叶片液压马达控制器阀芯，属于液压技术领域。
背景技术
叶片液压马达是重要的液压执行元件，其体积小，转动惯量小，动作灵敏，适用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。其中，低压大排量叶片液压马达常用于现代大型船舶甲板机械，包括拖缆机等产品中，作为核心的液压元件，其性能对甲板机械的整体性能起决定性作用。随着甲板机械朝着大型化、超大型化发展，对叶片液压马达的输出扭矩、控制精度等方面要求更高，因而对马达控制器的结构，特别是阀芯结构提出了更高的要求。
现有叶片液压马达控制器阀芯一般采用滑阀，由于阀芯在阀体内需要运动，因此其配合间隙的大小设置非常重要，即要保证良好的密封性，又要保证较小的运动阻力。另外，控制器阀芯在使用中易受到液压冲击作用和不均匀液压力产生的液压卡紧力的影响，显著增加阀芯移动的磨擦阻力和运动阻力，并使阀芯产生多余动作、影响控制的精准度，严重时甚至出现控制失效的现象。因而，为适应现代大型船舶甲板机械对叶片液压马达的控制性的越来越高的要求，需要对现有的马达控制器阀芯结构进行改进，结合对马达及控制器技术的研究和制造经验，运用流体动力学原理分析阀芯受力情况，采用流固耦合方法分析阀芯流场在不同位置和压力下的耦合效应，评价控制器阀芯的结构合理性、适应性以及位置/流量/压损等参数的关系，设计出结构合理、性能更优越的控制器阀芯。
发明内容
本发明的目的是克服现有叶片液压马达控制器阀芯存在的液压换向冲击作用和液压卡紧力较大、阀芯和阀体的配合间隙不合理，导致阀芯移动阻力大、控制精准度不高，泄露量较大等缺陷与不足，提供一种叶片液压马达控制器阀芯，在阀芯外表面沿径向设置有多个三角槽，并通过对三角槽的结构与数量的优化设计，能够最大程度地减小流量脉动，控制流体噪声。
本发明为实现技术目的采用的技术方案是：
一种叶片液压马达控制器阀芯，所述阀芯位于阀体孔内，所述阀芯的外表面上沿径向设置有三角槽，所述三角槽的坡角为45～75o，所述三角槽的数量为12～16个。
一种叶片液压马达控制器阀芯，所述三角槽沿径向均匀设置。
一种叶片液压马达控制器阀芯，所述阀芯和阀体孔的配合间隙为4.24x10-2mm～6.48x10-2mm。
一种叶片液压马达控制器阀芯，所述阀芯上还设有台肩，所述台肩的外表面上沿径向设置有环状的均压槽，所述均压槽的横截面为矩形，其宽度和深度为1～2mm，数量为3～7条。
一种叶片液压马达控制器阀芯，所述均压槽的宽度和深度相等。
一种叶片液压马达控制器阀芯，所述阀芯的中部设有贯通左右端盖的通孔。
一种叶片液压马达控制器阀芯，所述三角槽的坡角为60o。
一种叶片液压马达控制器阀芯，所述三角槽的数量为14个。
与现有技术相比，本发明的显著特点是：
1. 阀芯外表面上设置三角槽，并通过对三角槽的结构与数量的优化设计，能够最大程度地减小流量脉动，控制流体噪声。
2．在阀芯的所有台肩上开设均压槽，并通过均压槽的结构与数量的优化设计，能够最大程度地减小液压卡紧力、平衡径向液压力，防止换向液压卡紧现象的发生。实验证明：与现有的阀芯相比，本发明的控制器阀芯的液压卡紧力减小40%。
3．通过其合理的形位公差及配合间隙设计，提高阀芯的动作可靠度和油温的适应性，并较好地控制泄露量。
4．阀芯内部采用空心结构，能够有效减轻阀芯的质量、节约结构成本，同时，中空结构贯通其左、右端盖，能够平衡阀孔内的液压，消除液动力的影响，增强控制器的可操作性。
5．控制弹簧为比例弹簧，可实现阀芯对流量的比例控制。
附图说明
图1是本发明的叶片液压马达控制器阀芯的结构示意图。
图2是图1的A－A剖视放大图。
图中：三角槽1，台肩2，均压槽3，通孔4。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
参见图1，本发明的叶片液压马达控制器阀芯，阀芯的外表面上沿径向设置有三角槽1，三角槽1的坡角为45～75o，数量为12～16个。在控制器阀芯上设置三角槽1，能够有效减小流量脉动以及控制流体噪声。随着三角槽1的数量的增加，其减小流量脉动和控制流体噪声的作用逐渐增强，但当三角槽1增加到一定数量后，其作用的增强则非常有限，而同时阀芯的加工难度和结构成本却显著增加，因此，设置合理数量的三角槽1非常重要。本发明提供的叶片液压马达控制器阀芯的三角槽1的数量为12～16个，优选14个，能够最大程度地减小流量脉动和控制流体噪声，同时控制阀芯的加工难度和结构成本。为平衡液压，优选将三角槽1沿径向均匀设置。
三角槽1的坡角指三角槽1的两侧边的夹角。现有设计采用首先确定三角槽1沿轴径方向的尺寸，然后再调整坡角大小来完成三角槽1的尺寸设计。三角槽1的坡角的大小与流量脉动系数的关系为：随着坡角由小变大，流量脉动系统先由大变小、经过峰值后再由小变大，因而，当选取最合理的坡角时，其流量脉动系数最小，三角槽1减小流量脉动和控制流体噪声的作用最强。本发明提供的叶片液压马达控制器阀芯的坡角为45～75o，优选60o，能够最大程度地减小流量脉动和控制流体噪声。
本发明提供的叶片液压马达控制器阀芯，阀芯和阀体孔的配合间隙为4.24x10-2mm~6.48x10-2mm。液压马达控制器阀芯与阀孔的形位公差和配合间隙的选取对阀芯的技术性能影响很大，合理的形位公差和配合间隙能够确保阀芯的自如运动和阀门的控制精准度，同时增强对油温的适应性，不会出现由于油温升高可能会使阀芯卡死的现象，而不合理的形位公差和配合间隙则可能导致液压卡紧现象，增大阀芯的运动阻力、影响阀门控制精准度，或者增加液压阀的泄露量。阀芯和阀门的配合间隙与阀芯直径、油液粘度和温度、零件材料、油封处压差以及加工工艺水平等多种因素有关。本发明提供的叶片液压马达控制器阀芯，通过一系列试验确定配合间隙：采用配合间隙上限以泄露量不超过设计要求为准，配合间隙下限以保证阀芯不被卡住为准，以此确定出配合间隙的　最合理取值范围。实验还表明，阀芯和阀体孔之间的配合间隙的合理范围中，通常下限为间隙上限的0.5～0.7倍，因而也可通过实验确定配合间隙的上限或下限，然后计算得到下限值或上限值。
本发明提供的叶片液压马达控制器阀芯，阀芯上设有台肩2，台肩2的外表面上沿径向设置有环状的均压槽3，均压槽3的横截面为矩形，其宽度和深度为1～2mm，数量为3～7条。为加工方便，还可以将均压槽3的宽度和深度设为相等。均压槽3的设置，使高压液体可以在阀芯台肩的圆周方向流动，因而可以将高压边的流体引向低压边，从而使不平衡的径向液压力得到部分的平衡，同时均压槽能起将阀芯推向阀体孔中心的作用，可减小泄露量。均压槽3的数量越多，其平衡径向液压、减小液压卡紧力的作用越强，但当均压槽3增加到一定数量后，其作用的增强则非常有限，却同时增加了阀芯台肩以及阀芯的轴向尺寸，以及增加阀芯与阀体之间的接触面积，从而增加阀芯移动时的磨擦阻力。因此，本发明通过对均压槽的横截面尺寸与数量的合理确定，能够最大程度地实现平衡径向液压、减小液压卡紧力的作用，同时确保阀芯的易控性。实验证明，本发明提供的叶片液压马达控制器阀芯与现有阀芯相比，其液压卡紧力可减小40%。
本发明提供的叶片液压马达控制器阀芯，还可以在阀芯的中部设置贯通左右端盖的通孔。阀芯内部采用空心结构，能够有效减轻阀芯的质量、节约结构成本，同时，中空结构贯通其左、右端盖，能够平衡阀孔内的液压，消除液动力的影响，增强控制器的可操作性。
本发明提供的叶片液压马达控制器阀芯，当控制器通过远程控制时，还可以将阀芯控制弹簧设置为比例弹簧，实现流量的比例控制。
本发明提供的叶片液压马达控制器阀芯，可广泛应用于大型拖缆机、系泊绞车等各种甲板机械和海工装备配套设备的大马达控制器中，该阀芯已经在500T加载绞车设备配套的自主设计的大马达控制器中试用，取得了良好的技术效果。

Claims (8)

1.一种叶片液压马达控制器阀芯，所述阀芯位于阀体孔内，其特征在于：所述阀芯的外表面上沿径向设置有三角槽（1），所述三角槽（1）的坡角为45～75o，所述三角槽（1）的数量为12～16个。
2.根据权利要求1所述的一种叶片液压马达控制器阀芯，其特征在于：所述三角槽（1）沿径向均匀设置。
3.根据权利要求1所述的一种叶片液压马达控制器阀芯，其特征在于：所述阀芯和阀体孔的配合间隙为4.24x10-2mm～6.48x10-2mm。
4.根据权利要求1所述的一种叶片液压马达控制器阀芯，其特征在于：所述阀芯上还设有台肩（2），所述台肩（2）的外表面上沿径向设置有环状的均压槽（3），所述均压槽（3）的横截面为矩形，其宽度和深度为1～2mm，数量为3～7条。
5.根据权利要求4所述的一种叶片液压马达控制器阀芯，其特征在于：所述均压槽（3）的宽度和深度相等。
6.根据权利要求1所述的一种叶片液压马达控制器阀芯，其特征在于：所述阀芯的中部设有贯通左右端盖的通孔（4）。
7.根据权利要求1所述的一种叶片液压马达控制器阀芯，其特征在于：所述三角槽（1）的坡角为60o。
8.根据权利要求1所述的一种叶片液压马达控制器阀芯，其特征在于：所述三角槽（1）的数量为14个。
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